化學平衡中不同平衡狀態(tài)的比較

摘要：化學平衡是高中基礎(chǔ)理論知識中最難理解的部分之一，尤其是同一個可逆反應(yīng)在相同條件下或不同條件下達到不同平衡狀態(tài)時各組分不同物理量的比較，學生在進行解答時感到特別的困難。

關(guān)鍵詞：化學平衡 不同平衡狀態(tài)比較 高中化學

如何讓學生掌握并靈活應(yīng)用化學平衡中不同平衡狀態(tài)的比較，就成為教學研究的一個重要課題。本文結(jié)合我近幾年的教學實踐進行一些探討，力求有所突破。根據(jù)這類題的特點，概括為以下兩種情況，分類解答。

一、如果題目中給定的是同一可逆反應(yīng)在相同條件下（恒溫恒容或恒溫恒壓），只是起始投料情況不同所形成的不同平衡狀態(tài)的比較問題，則先考慮等效平衡，如果是等效平衡就根據(jù)不同等效平衡的特征進行解答；如果不是等效平衡則利用圖示分解法進行解答

關(guān)于等效平衡的判定及特征具體分析如下：

（一）等效平衡定義

等效平衡指的是效果相同的平衡，從兩個不同的起始狀態(tài)開始的可逆反應(yīng)，平衡時兩個體系中對應(yīng)組分的百分含量相同，互稱為等效平衡。

對概念的理解應(yīng)把握以下幾點：（1）外界條件相同。通常可以是：①恒溫、恒容；②恒溫、恒壓。（2）“等效平衡”與“完全相同的平衡狀態(tài)”不同：“完全相同的平衡狀態(tài)”是指平衡時，任何相同組分的百分含量相等，并且反應(yīng)的速率、各組分的物質(zhì)的量、濃度等也相同。而\"等效平衡\"只要求平衡混合物中各組分的百分含量對應(yīng)相同，而壓強、反應(yīng)的速率等可以不同。（3）平衡狀態(tài)的建立與途徑無關(guān)。

（二）等效平衡規(guī)律

1.恒溫恒容：①反應(yīng)前后氣體系數(shù)不變的可逆反應(yīng)，只要全轉(zhuǎn)化后反應(yīng)物（或生成物）物質(zhì)的量的比值與原平衡相同，則等效。平衡時物質(zhì)的百分含量對應(yīng)相同，各物質(zhì)的量，濃度成倍數(shù)關(guān)系。②反應(yīng)前后氣體系數(shù)不相等的可逆反應(yīng)，按化學計量數(shù)全轉(zhuǎn)化后反應(yīng)物（或生成物）物質(zhì)的量與原平衡相同，則兩平衡等效。平衡時，每種物質(zhì)的量、濃度和百分含量都對應(yīng)相同，即兩平衡完全相同，是完全等效。

2.恒溫恒壓，只要全轉(zhuǎn)化后反應(yīng)物（或生成物）物質(zhì)的量的比值與原平衡相同，則兩平衡等效。達到平衡時物質(zhì)的百分含量，濃度對應(yīng)相同，物質(zhì)的量成倍數(shù)關(guān)系。

【補充】①分別從反應(yīng)物和產(chǎn)物兩個不同方向投料的等效平衡其反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率之和等于一；②分別從反應(yīng)物和產(chǎn)物兩個不同方向投料且全轉(zhuǎn)化后量完全相等（且與方程式系數(shù)相同）的等效平衡其達到平衡時吸收和放出的熱量之和等于該反應(yīng)的反應(yīng)熱。

（三）等效平衡的判斷及處理

1.步驟

（1）進行全轉(zhuǎn)化——一邊倒法，即按照反應(yīng)方程式的計量數(shù)之比轉(zhuǎn)化到同一邊的量，與題干所給起始投料情況比較。

（2）判斷起始濃度是否相當。

2.三種類型

ⅰ類：恒溫恒容，反應(yīng)前后氣體體積發(fā)生變化的反應(yīng)（即△n≠0的體系）：全轉(zhuǎn)化后，對應(yīng)各物質(zhì)起始投料的物質(zhì)的量與原平衡相同。

ⅱ類：恒溫恒容，反應(yīng)前后氣體體積沒有變化的反應(yīng)（即△n=0的體系）：全轉(zhuǎn)化后，只要反應(yīng)物（或生成物）的物質(zhì)的量的比例與原平衡相同，則等效。

ⅲ類：恒溫恒壓，全轉(zhuǎn)化后，只要反應(yīng)物（或生成物）的物質(zhì)的量的比例與原平衡相同，則等效。

概括為：等壓比相等；等容量相等，但若系（氣體系數(shù)）不變，可為比相等。

關(guān)于圖示分解法的使用條件，使用方法及所能解決的問題分析如下：

（一）圖示分解法的使用條件

審清題干：大前提必須是在恒溫恒容條件下進行的可逆反應(yīng)，再按化學計量數(shù)換算成反應(yīng)方程式同一邊的物質(zhì)，只要各反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比相同則可運用該方法。注意：如果反應(yīng)物只有一種，只要能全轉(zhuǎn)化，則可運用該方法。

（二）圖示分解法的使用方法

總結(jié)：可簡單概括為：加量即加壓，減量即減壓。

（三）圖示分解法所能解決的問題

圖示分解法用于不同平衡狀態(tài)的比較時，可解決非等效平衡時，勒夏特列原理所不能解決的問題，具體概括如下：

①轉(zhuǎn)化率，百分含量等比值問題；

②不同平衡狀態(tài)時，同一組分的濃度或體系的壓強倍數(shù)的大小關(guān)系。

注意：切忌不可用圖示分解法去解決平衡移動方向問題。

二、如果題目中所給的反應(yīng)是在不同條件下（一個是恒溫恒容條件，另一個是恒溫恒壓條件）但投料量相同建立的平衡，比較平衡時相同組分同一物理量（如轉(zhuǎn)化率，百分含量等）的大小關(guān)系時

方法如下：

審清題目，找出兩個容器達到平衡時體積的大小關(guān)系，再將體積大的容器加壓變?yōu)轶w積小的容器（或?qū)Ⅲw積小的容器減壓變?yōu)轶w積大的容器），利用勒夏特列原理判斷出平衡如何移動，繼而便可比較出大小關(guān)系。

例題：

1.一定條件下，2SO3（g）2SO2（g）+O2（g），向1.6 LA（A容器可以自由滑動）和2LB密閉容器中各通人2 molSO3（g），在相同溫度和有催化劑的條件下兩容器各自達到平衡，測得A容器為1.8L，則A容器中SO3的轉(zhuǎn)化率為______；此時A容器中SO3的轉(zhuǎn)化率要比B容器中SO3的轉(zhuǎn)化率要______（填“大”、“小”或“相等”）；兩容器達到平衡所用的時間是A______（填“大于”、“小于”或“相等”）B；能否計算出B容器中反應(yīng)的化學平衡常數(shù)______填“能”或“不能”），其理由是______。

2.打開K一段時間再達平衡時，A容器的體積為______L（連通管中氣體體積不計）。

解析：A為恒溫恒壓可逆反應(yīng)，B為恒溫恒容可逆反應(yīng)，（1）由模式法可計算出SO3的轉(zhuǎn)化率為25%；平衡時A容器為1.8L，B容器仍為2L，由A減壓可變?yōu)锽，根據(jù)勒夏特列可知減壓反應(yīng)正移，所以SO3轉(zhuǎn)化率增大，即A中SO3的轉(zhuǎn)化率要比B小；A體積始終比B小，所以各物質(zhì)濃度大于B，所以化學反應(yīng)速率大于B，所以兩容器達到平衡所用的時間是A小于B；化學平衡常數(shù)僅是溫度的函數(shù)，A與B溫度相同，所以化學平衡常數(shù)相同，由模式法便可計算出A中化學平衡常數(shù)。

3.打開K，AB聯(lián)通，相當于恒壓下建立平衡，與打開K前的A互為恒溫恒壓下的等效平衡，利用等效平衡的特征可算出A容器的體積為1.6L。

應(yīng)用上述方法教學后，絕大部分學生認為：思路清晰、方法易學、有鉆研興趣。學生作業(yè)和測試結(jié)果均是做題快，準確度高，教學效果明顯。